Biokhimia_T1_Strayer_L_1984 (1123302), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Конформация К (ге1ахед — релаксированная) обладает высоким сродством к субстрату, тогда как конформация Т (ьепве — напряженная) — низким сродством (рис. 6.20). Вспомним, что так же обозначались две формы четвертичной структуры гемоглобина (разд. 4.10). Формы К и Т могут переходить одна в другую. В данной модели делается валеное допуи(ение, что для сохранения симметрии димера обв субьединицы должны находньпься в одном и том же конформационном состоянии. Таким образом разрешены состояния КК и ТТ и не разрешено состояние КТ. Символами Ке и Ть обозначают разрешенные состояния в отсутствие субстрата и 2.— соотношение их концентраций: (27) Кот 1о ) = 1 о/Ко. (28) Чтоб упростить рассуждения, допустим, что субстрат не присоединяется к Т-форме фермента.
В К-форме димер может связать одну или две молекулы субстрата; эти состоя- (29) Ко+ В»аз К1 К1+~» К2 (30) 2[Ко] Я [Кт] [б] [К1] [К2] (31) (33) Рис. 6.21. (34) 119 ния обозначаю~ соответственно К, и К,: Согласно полученному уравнению, присоединение как первой, так и второй молекулы субстрата к К-форме димерного фермента имеет одну и ту же микроскопическую константу диссоциации К„. Коэффициент 2 в уравнении (31) указывает на то, что субстрат может связаться с любым из двух активных центров на Ко с образованием К,, и аналогичным образом субстрат может высвободиться из любого из активных центров на Кз с образованием К,.
Выразим стлеяеяь насыщения У (т. е. долю активных центров, имеющих связанный субстрат) как функцию концентрации субстрата [Связавшие субстрат центры] У [Общее число центров] [К,]+ 2[К ] 2([То] + [Ко] + [К1] + [Кз]) Произведя замены в этом уравнении в со- ответствии с уравнениями (27) и (31), полу- чаем искомое выражение для У1 [З]~ +И ° — Ка / Ь+(1+ [Я/Кк) Изобразим уравнение (33) графически, приняв Кк = 10 ' М и 1. = 10'.
Зависимость У от [З] выражается сигмоидной, а не гиперболической кривой (рис. 6.23). Другими словами, это уравнение соответствует коолератяивному связываиию субстраи1а. Если число оборотов в расчете на один активный центр одинаково для фермент.субстратных комплексов с К, и К,, то график зависимости скорости реакции от концентрации субстрата также будет сигмоидным, поскольку Рассмотрим теперь этот процесс связывания (рис. 6.21). В отсутствие субстрата почти все молекулы фермента находятся в Т-форме. В приведенном выше примере на 10з молекул в Т-форме приходится только Т.форма (низкое сродство к суастрату) и форме (высокое сродство к суестрату) Рнс.
6.20. Схематическое изображение К- и Т-форм аллостернческого фермента. Модель согласованного механизма кооперативного связывания субстрата аллостерическим ферментом. Присоединение первой молекулы субстрата сопровождается переходом ТТ-формы с низким сродством к субстрату в КК-форму с высоким сродством. 6. Введение в эизимологию одна молекула в К-форме. Добавление субстрата сдвигает конформационное равновесие в сторону образования К-формы, поскольку именно К-форма связывает субстрат. Когда субстрат присоединяется к одному активному центру, второй активный центр должен быть также в К-форме, согласно основному постулату данной модели. Другими словами, переход от Т к К и обратно все субъединнцы фермента осуществляют согласованно. Следовательно, иа мере добавления субстрата доля молекул фермента в Й-форме прогрессивно возрастает и связывание субстрата происходит кооперативно.
При полном насьпценни активных центров все молекулы фермента оказываются в К-форме. На основе модели согласованного механизма нетрудно объяснить влияние аллостерических ингибиторов и активаторов. Аллостерическнй ингибнтор связывается преимущественно с Т-формой, тогда как аллостерический активатор связывается преимущественно с К-формой (рис. 6.22). Следовательно, аллостерический ипгибипюр сдвигаегп канформапиониое равновесие Й сл Т в опороиу Т, а аллостерическиб активатор-в сторону Й. Эти эффекты можно выразить количественно через измеменне константы аллостернческого равновесия 1., которая входит в виде переменной в уравнение (33).
Аллостерический ингибитор повышает величину 1., тогда как аллосгерический активатор понижает ее. Этн влияния показаны на рис. 6.23, где У отложено против [Я при следующих значениях (.: 1О' (в присутствии активатора), 10' (без активатора и без ингибитора), 1О' (в присутствии ингибитора). Степень насьпцения У при всех значениях [Я снижается в присутствии ингнбитора и повышается в присутствии активатора. Здесь полезно остановиться еще на двух понятиях: это гомотроппые эффекты, которые представляют собой аллостерические взаимодействия между идентичными лигандами (связанными молекулами илн ионами), н гетеротропные эффекты, т.е. взаимодействия между различными лигандами.
В рассмотренном выше примере кооперативное связывание субстрата ферментом представляло собой гомотропный эффект. В отличие от этого влияние активатора или ингибитора на связывание субстрата является Часть ! 120 Коиформация м динамика Аллоствричвскии ингиоитор тсостолнив Аллостеричвски* вктиввтор Меоетолиие В соответствии с моделью согласованного механизма аллостерический ингибнтор (изображен в виде шестиугольника) стабилизирует форму Т, тогда как аллостерическнй активатор (изображен в виде треугольника) стабилизирует форму К.
Рис. 6.22. 0,6 0,6 У 0,4 0,2 ЗХ10 лм Рмс. 6,23. Насьпцение Укак функция концентрации субстрата [Я в соответствии с моделью согласованного механизма [уравнение (33)3. Показано также влияние аллостерического ингибитора и активатора. гетеротропным, поскольку в этом случае взаимодействие происходит между молекулами разного типа. При согласованном механизме аллостерических взаимодействий гомотропные эффекты всегда положительны (кооперативны), а гетеротропныелибо положительны, либо отрицательны. 6Л8.
Последовательный механизм аллостеричееиого взаямодействня Аллостерические взаимодействия можно описать также с помощью модели последовательного механизма, разработанной Даниелем Кошландом (ГЬ. КозЫапд). В основу модели в простейшем случае положены три постулата. 1. Каждая субъединица может существовать в одном из двух возможных конформационных состояний (К нлн Т). 2.
Связывание субстрата изменяет форму той субъединицы, к которой он присоединяется. Конформация пру~ ой субъединицы при этом существенно не меняется. 3. Конформационные изменения, вызванные связыванием субстрата на одной субъединице, могут увеличивать или уменьшать сродство к субстрату другой субъединнцы той же молекулы фермента. Согласно модели последовательного механизма процесс связывания субстрата аллостерическим ферментом протекает так, как показано на рис. 6.24. Связывание является кооперативным, если у КТ-формы сродство к субстрату выше, чем у ТТ- формы.
Модель простого последовательного механизма взаимодействия отличается от модели согласованного механизма в нескольких отношениях. Во-первых, модель последовательного механизма не предполагает равновесия между К- и Т-формами в отсутствие субстрата. Напротив, присоединение субстрата индуцирует переход от Т к К. Вовторых, конформационный переход от Т к К в разных субъединицах фермента происходит не согласованно, а последовательно.
Гибридной форме КТ отводится важная роль в модели последовательного механизма. В модели согласованного механизма наличие гибридной формы КТ исключается. Эта модель исходит из важной роли симметрии во взаимодействии субъединиц в олигомерных белках и потому предполагает ее сохранение при аллостерических переходах. Модель же последовательного механизма, напротив, построена на предположении, что субъединицы могут взаимодействовать, да- ((Т ((й Модель последовательного механизма кооперативного связывания субстрата аллостерическим ферментом.
Свободный активный центр КТ- формы обладает большим сродством к субстрату, чем активные центры ТТ-формы. Рне. 6.24. 121 6. Введение в энзимологию же если онн находятся в разных конформационных формах. Наконец, различие заключается также и в том, что в случае согласованного механизма гомотропные взаимодействия всегда должны быть положительными, тогда как в случае последовательного механизма они могут быть либо положительными, либо отрицательными. Будет ли вторая молекула субстрата связываться с ферментом более или же менее прочно, чем первая, зависит от природы структурных переходов, вызванных присоединением первой молекулы субстрата. Какая из моделей правильна? Для одних аллостерических белков хорошо подходит модель согласованного механизма, тогда как для других, по-видимому, применима модель последовательного механизма.
Однако существует группа аллостерических белков, к которым неприменимы обе модели. Предполагается, что эти белки имеют не два (й и Т), а более конформационных состояния. Соответственно для описания аллостерических свойств таких белков требуются более сложные модели. 6.19. Водородные связи, а также электростатические н вандерваальсовы взаимодействия в фермент-субстратных комплексах Обратимые молекулярные взаимодействия в биологических системах опосредуются си- НН Н 2 С вЂ” Н вЂ” СН вЂ” СН вЂ” СН вЂ” ~~~~2 2 2 2 Н Н аяп2нннввая ававая цваь фермента О +Н,Н вЂ” 61у — Туг — С О пуаетяат лами трех типов. Складывание макромолекул в сложную структуру, связывание субстрата с ферментом, межклеточные взаимодействия, т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
